2022年4月29日✊🏿，意昂4体育平台王寬誠講席教授邵誌峰與長聘副教授Daniel Czajkowsky領導的科研團隊在國際著名期刊《ACS Nano》上在線發表了題為“Single-Molecule Micromanipulation and Super-Resolution Imaging Resolve Nanodomains Underlying Chromatin Folding in Mitotic Chromosomes”的學術論文，報道了運用超分辨顯微成像以及結合單分子顯微鏡的多模態技術研究哺乳動物細胞中期染色體高級結構的重要研究進展。論文第一作者為系統生物醫學研究院博士研究生王佳斌👁，意昂4体育平台邵誌峰教授🧜‍♂️、Daniel Czajkowsky博士和系統生物醫學研究院孫潔林研究員為論文共同通訊作者🙋‍♀️。

人類基因組DNA在細胞有絲分裂中如何進行三維折疊以及高度壓縮形成眾所周知的棒狀中期染色體是目前細胞生物學中最古老的研究問題之一。錯誤的折疊壓縮結構會導致細胞周期中遺傳物質的不正確傳遞，從而引發癌症或其它疾病。染色體的發現已經超過了100年，人們已經知道200個堿基對的DNA會纏繞在核心組蛋白從而形成10納米尺度的“念珠”狀的核小體🧔🏼‍♀️，然而核小體是如何進一步纏繞形成更高級的空間結構，最後成為中期染色體的，一直以來困擾著科學家們🌎。
項目團隊開發了一種新的多模態技術，最終破解了染色體的物理結構👨🏽‍🦲。通過多種超分辨顯微成像的方法，他們發現了一種約125納米的致密顆粒狀結構(Compact Granules, CGs), 表明了DNA壓縮成為CGs是染色體折疊過程中普遍的形式。進一步解析更精細的結構特征，他們建立了一種新的方法🚧🏤，能夠通過玻璃微吸管對單條染色體進行拉伸解構，並且結合超分辨成像技術進行觀察。通過這種方法🧑‍🍳，他們發現CGs展開成為單個的90nm的納米結構域，取名為有絲分裂納米結構域(Mitotic nanodomains, MNDs)🉑。令人意外的是，這種MNDs結構能夠對抗很大的機械力🥞，暗示它們具有很高的穩定性🍰🧑🏿‍🍼。因此👃🏽，他們發現在中期染色體上存在兩個層次的高級結構❕：基本結構MNDs和MNDs組裝而成的CGs。

該團隊還進一步確定了MNDs的DNA含量約為80kb，並且能夠使用MNDs的最密堆積來解釋整個基因組的DNA含量和染色體體積💤。同時，MNDs的DNA含量也與現在流行的染色體結構模型所預測的環狀結構DNA含量一致，而此前該模型一直缺乏直接的實驗驗證。因此𓀜，本研究可以與已有模型整合和解釋已有的實驗數據，為結構生物學中關鍵的問題之一提供了一種統一的描述🦸🏼‍♀️。

該項研究得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金♑️、意昂4平台和香港王寬誠教育基金會等項目資助。

Paper link: https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01025